Σίγουρα έχετε ακούσει ποτέ για κρύσταλλα, είναι πιθανό ότι σε αυτό το σημείο το μυαλό σας έχει απεικονίσει ένα τεράστιο διαμάντι, έναν αμέθυστο ή ένα τοπάζι. Και σίγουρα, αυτή η ομάδα περιλαμβάνει επίσης πολλά από τα γνωστά "Πολύτιμοι λίθοι", αλλά ο κρύσταλλος δεν είναι μια ονομασία που περιλαμβάνει σαφώς το πεδίο των κοσμημάτων.
Ο κρύσταλλος είναι το τελικό προϊόν μιας ενδιαφέρουσας διαδικασίας που είναι γνωστή ως κρυστάλλωση, η οποία χαρακτηρίζεται από το αποτέλεσμα ενός ομοιογενούς στερεού που σχηματίζεται από "όψεις", τα οποία είναι τμήματα που βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα.
Χαρακτηριστικά του στερεού από την κρυστάλλωση
Το μέγεθος ενός κρυστάλλου είναι ένα μεταβλητό χαρακτηριστικό, σε ένα ευρύ φάσμα διαστάσεων. Μπορούν να βρεθούν "τεράστιοι" κρύσταλλοι που μπορούν να μετρηθούν μέσω της γραμμικής μονάδας "μετρητής", όπως μπορούμε βρείτε κρύσταλλα αυτό πρέπει να είναι εκφράζεται σε "μικρά", δεδομένου ότι το μικρό τους μέγεθος τις καθιστά συγκρίσιμες με μικροοργανισμούς όπως τα βακτήρια, τα οποία μπορούν να παρατηρηθούν μόνο μέσω του μικροσκοπίου.
Όπως αναφέρθηκε, οι κρυσταλλικές διεργασίες έχουν ως αποτέλεσμα προϊόντα υψηλής καθαρότητας, γι 'αυτό αποδείξαμε, νωρίτερα στον ορισμό, ότι οι κρύσταλλοι είναι ομοιογενείς: δηλαδή, η σύνθεση του προϊόντος παραμένει σε σταθερή τιμή σε οποιοδήποτε σημείο του όγκου του στερεού, πράγμα που συνεπάγεται επίσης ότι τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά παραμένουν αμετάβλητα σε ολόκληρο το τεμάχιο και σε περίπτωση παρατήρησης παραλλαγής λόγω διαταραχής, η αλλαγή θα συμβεί σε όλα τα είδη. Αυτή η ποιότητα καθιστά τα κρύσταλλα πολύτιμα προϊόντα σε διάφορους τομείς, από την εκτίμηση της ποιότητας του υλικού, έως το χρήση της διαδικασίας κρυστάλλωσης ως τεχνική διαχωρισμού ουσιών.
Τα κρυσταλλικά προϊόντα μπορούν επίσης να απομονωθούν σε εργαστηριακό επίπεδο, μέσω ελεγχόμενων αντιδράσεων σε συγκροτήματα που μιμούνται τις αυθόρμητες διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των κρυστάλλων που λαμβάνονται σε ελεγχόμενες διεργασίες είναι ότι παρουσιάζουν πιο κανονικά σχήματα, τα οποία ταιριάζουν απόλυτα με τα πολυγωνικά σχήματα μεγαλύτερης ακρίβειας.
Σε έναν κρύσταλλο, είναι απαραίτητο να διακρίνουμε τα πρόσωπα που αποτελούν μέρος της πραγματικής κρυσταλλικής συνήθειας (μορφολογικά χαρακτηριστικά) και με βάση τον αριθμό αυτών, μπορούμε να εξετάσουμε τα θεμελιώδη σχήματα του στερεού. Συνήθως σε Ο κρύσταλλος ορίζεται από το συνδυασμό πολλών θεμελιωδών σχημάτων, τα κύρια είναι τα ακόλουθα:
- Πεδίον: Γυαλί που αποτελείται από μία επίπεδη όψη, χωρίς ισοδύναμα
- Πινακοειδές: Αποτελείται από δύο ισοδύναμες όψεις σε σχέση με έναν άξονα συμμετρίας.
- Σφηνοειδής: Οι δύο ισοδύναμες όψεις που συνθέτουν αυτό το στερεό βρίσκονται γύρω από έναν δυαδικό άξονα.
- Πρίσμα: Αποτελείται από ομόλογα πρόσωπα που απαρτίζουν μια ζώνη. Όντας η "περιοχή ενός κρυστάλλου" ορίζεται ως ένα σύνολο προσώπων παράλληλων προς την ίδια κατεύθυνση, που αντιστοιχεί σε ένα άκρο του ίδιου.
Η δομή των κρυστάλλων από εσωτερική άποψη μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από ένα περισσότερο ή λιγότερο ομοιογενές, περιοδικό και ανισοτροπικό σύστημα ενός διαλυμένου υλικού που αναπτύσσει μια δομή σε διάφορα σημεία στο διάστημα. Μέσα στα χαρακτηριστικά των κρυστάλλων, το ενδιαφέρον προκάλεσε πάντα το γεγονός ότι κάθε σημείο κάντε τακτική επανάληψη στον χώρο που καταλαμβάνεται από το υλικό. Στην κρυσταλλογραφία, ονομάζεται το φαινόμενο που επηρεάζει αυτήν τη δράση μετάφραση.
Διαδικασία κρυστάλλωσης
Για να γίνει κρυστάλλωση, πρέπει να ξεκινήσουμε από μια ουσία που μπορεί να ταξινομηθεί ως "Κρυστάλλινος", και αυτό ορίζεται επειδή τα σωματίδια που το συνθέτουν, είτε είναι ατομικής, μοριακής είτε ιοντικής φύσης, έχουν ιδιότητες ομοιογένειας, περιοδικότητας και συμμετρίας.
Η όλη διαδικασία ενεργοποιείται όταν κάποια στιγμή στην κρυσταλλική ουσία, τα σωματίδια αρχίζουν να αναδιοργανώνονται, σε ένα στάδιο γνωστό ως πυρήνωση. Αυτή η όλη διαδικασία περιλαμβάνει, εκτός από την εμφανή διακύμανση της σειράς των σωματιδίων, μια διαδικασία αλλαγής στις θερμοδυναμικές συνθήκες, οι οποίες προσανατολίζονται στην αντιστάθμιση των διαταραχών που προκαλούνται από την αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs, η οποία χαρακτηρίζεται από τρία εκδηλώσεις:
- Η αλλαγή στη χημική ενέργεια.
- Η δημιουργία μιας διεπαφής μεταξύ της ζώνης πυρήνωσης και της υπόλοιπης ομοιογενούς φάσης.
- Η διακύμανση του όγκου και του σχήματος που συνεπάγεται αυτή η διαδικασία προκαλεί εντάσεις.
Η επόμενη φάση ξεκινά όταν σταθεροποιείται η δομή της βάσης πυρήνωσης. Το επόμενο βήμα είναι κάτι λογικό και προβλέψιμο, αφού έχουμε τη βασική δομή θα εισέλθουμε σε μια διαδικασία ανάπτυξη, στην οποία παρατηρείται αλλαγή στις διαστάσεις του πυρήνα. Σιγά-σιγά, αυτή η αύξηση θα οδηγήσει στο σχηματισμό προσώπων, έως ότου ο κρύσταλλος αποκτήσει μια σαφώς καθορισμένη συνήθεια.
Μηχανισμός ανάπτυξης κρυστάλλων
Η θεωρία που αναπτύχθηκε από τον Volmer εξηγεί πώς γίνεται η ανάπτυξη ενός κρυστάλλου, αποδεικνύοντας ότι, γύρω από τη βασική δομή από τον πυρήνα της κρυσταλλικής ουσίας, ένα είδος στρώμα απορρόφησης, η οποία λειτουργεί ως διεπαφή και, επιπλέον, προωθεί τη μετανάστευση σωματιδίων γύρω της, τα οποία κινούνται παράλληλα στην επιφάνεια. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας ορίζεται ως μια δομή που ορίζεται σε ένα δισδιάστατο επίπεδο.
Από την πλευρά τους, ο Kossel και ο Straski, το διαπίστωσαν απαιτείται μηχανική εργασία για να επιτευχθεί η στερέωση ενός ιόντος στην επιφάνεια αυτού του στρώματος και ότι εξαρτάται από τη θέση του.
Η ανάπτυξη ενός μοντέλου που καθορίζει την ανάπτυξη απαιτεί την πρόβλεψη των ζωνών κορεσμού όπου παρατηρείται υψηλότερος ρυθμός μεταβολής (τοπικές ζώνες υπερκορεσμού). Αυτό δείχνει ότι η ανάπτυξη κρυστάλλων εμφανίζεται σε στρώματα.
Η κρυστάλλωση ως μηχανισμός διαχωρισμού
Δεδομένου ότι ένας κρύσταλλος σχηματίζεται με μια ομοιογενή ουσία, η χρήση του ως μέθοδος επιλεκτικού διαχωρισμού των ουσιών έχει επεκταθεί, μεταξύ πολλών μεθόδων, παρακάτω, θα εξηγήσουμε τι αποτελούνται από εκείνους των οποίων η χρήση είναι πιο διαδεδομένη:
- Προσθήκη νέου διαλύτη: Εάν γνωρίζουμε τη φύση των προϊόντων που χειριζόμαστε, μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτήν τη μέθοδο, η οποία βασικά συνίσταται στην προσθήκη ενός νέου διαλύτη που αλληλεπιδρά με τον διαλύτη στον οποίο βυθίζεται η διαλυμένη ουσία που θέλουμε να κρυσταλλώσουμε. Όταν ο νέος διαλύτης αρχίζει να αλληλεπιδρά επιλεκτικά με το ομόλογο του, η διαλυμένη ουσία καθιζάνει, ξεκινώντας τη διαδικασία κρυστάλλωσης.
- Ψύξη σε υψηλές συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας: Όταν έχουμε ένα διάλυμα υψηλής συγκέντρωσης, το οποίο κατασκευάστηκε σε υψηλές θερμοκρασίες, και το υποβάλλουμε σε μια διαδικασία ψύξης, λαμβάνουμε μια κατάσταση υπερκορεσμού, στην οποία διαλύεται μεγαλύτερη ποσότητα διαλυμένης ουσίας από αυτήν που μπορεί να δεχθεί ο διαλύτης, σε αυτές τις νέες συνθήκες θερμοκρασίας. Εάν η διαδικασία μείωσης της θερμοκρασίας γίνεται με ελεγχόμενο τρόπο, μπορούμε να επηρεάσουμε το μέγεθος του κρυστάλλου που πρόκειται να αποκτήσουμε.
- Εξάχνιση: Αυτή η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε κρυσταλλικές ενώσεις που παρουσιάζουν υψηλή πίεση ατμών, με τέτοιο τρόπο ώστε οι μετασχηματισμοί από αέρια φάση σε στερεό να μην απαιτούν τη διέλευση μέσω του σημείου τήξεως.